3. skupina PS, ns2np1 Bor, hliník, gallium, indium, thallium • B je nekov, Al, Ga, In a Tl jsou typické kovy •chemie B je typická tvorbou boranů, tvoří řadu sloučenin s kovalentní vazbou • sloučeniny ostatních prvků jsou vesměs iontové • elektropozitivita ve skupině roste směrem dolů • Některé vlastnosti prvků 3. sk. PS B Al Ga In Tl el. konfigurace (He) 2s22p1 (Ne) 3s23p1 (Ar)3d10 4s24p1 (Kr)4d10 5s25p1 (Xe)5d10 6s26p1 elektronegativita 2,0 1,5 1,8 1,5 1,4 poloměr (pm) atomový iontový M(III) kovalentní 98 - 82 143 54 125 141 62 126 166 80 142 171 89 144 nejstálejší oxidační čísla III III I, III I, III I, III teplota tání, °C 3180 660 30 157 304 teplota varu, °C 3650 2476 2400 2080 1457 hustota, g.cm-3 2,35 2,70 5,90 7,31 11,85 Bor Výskyt boru: Výroba boru: 2 BCl3 + 3 Zn 2 B + 3 ZnCl2 H3BO3 2 B2O3 + 6 Mg B + 6 MgO BI3 2 B + 3/2I2 t rozklad na žhaveném W-vlákně Vlastnosti boru v chemie B se podobá chemii Si – diagonální podobnost v je velmi tvrdý v Mohsově stupni tvrdosti má č. 9 – 10 vatom boru má k dispozici čtyři vazebné orbitaly, ale jen tři valenční elektrony  B je typicky trojvazný, snadno přijímá další elektronový pár, pak je čtyřvazný vchemie boru je určena malým rozměrem jeho atomu a vysokými hodnotami ionizační energie i elektronegativity v bor vytváří ohromné množství zajímavých sloučenin vtypická je tvorba vícestředových elektronově deficitních vazeb (viz borany) v existence těchto vazeb vede k polovodivosti boru Elementární bor  -trigonální bor “ -tetragonální bor” Ikosaedr (dvacetistěn) B12 Reaktivita boru v krystalický bor je chemicky velmi málo reaktivní; v v amorfním práškovém stavu se jeho reaktivita zvyšuje. v Za zvýšené teploty pak reaguje např. s kyslíkem, dusíkem, halogeny i sírou za vzniku B2O3, BN, BX3 a B2S3 B + 3 HNO3 H3BO3 + 3 NO2 2 B + 6 NaOH Na3BO3 + 3 H2 Vroucí kyselina dusičná i roztavené louhy bor oxidují. Použití elementárního boru Ø Bor se používá jako přísada do některých slitin (moderátory v jaderné energetice) Ø Existuje i vláknitá forma boru s wolframovým jádrem, používaná v kosmické technice. ØVýroba technicky užitečných sloučenin, např. nitridy boru jsou velmi tvrdé a mají význam při povrchové úpravě kovů Boridy - binární, často i nestechiometrické sloučeniny boru s kovy je jich známo více jako 200, velmi tvrdé materiály Sc2O3 + 7 B 2 ScB2 + 3 BO Eu2O3 + 3 B4C 2 EuB6 + 3 CO BCl3 + W + ½ H2 WB + Cl2 + HCl 2 TiCl4 + 4 BCl3 + 10 H2 2 TiB2 + 20 HCl Využití boridů: • brusné materiály • extrémně namáhané materiály pro výrobu lopatek turbín, raketových trysek apod. nejčastější způsob výroby (v elektrické peci) Sloučeniny boru Struktura boridů kubooktaedr Binární sloučeniny boru - borany Příprava a výroba Diboran B2H6 Reakce diboranu vazba B-H-B - třístředová delokalizovaná elektronově deficitní vazba (tři atomy jsou vázány nikoli čtyřmi, ale jen dvěma elektrony) B B H H H H H H B2H6 + 3 O2 B2O3 + 3 H2O Binární sloučeniny boru - borany Ostatní borany (nidus = hnízdo) (closo = klec) (arachne = pavučina) vznikají spojením předchozích typů (hyphe = síť) (vedle vazeb B – H – B se v nich vyskytují i podobné vazby B – B – B) Binární sloučeniny boru - borany anionty closo borany Binární sloučeniny boru - borany arachno - borany nido - borany Binární sloučeniny boru - borany Sloučeniny boru conjuncto – B20H26 Binární sloučeniny boru - borany Sloučeniny boru izomery conjuncto – B20H184- 6 - 6 10 - 10 6 - 10 Binární sloučeniny boru - borany Ostatní sloučeniny boru na bázi boranů Karborany – atomy boru jsou nahrazeny atomem uhlíku  jde o anionty Ostatní sloučeniny boru na bázi boranů Bimetalo - karborany Ostatní sloučeniny boru na bázi boranů Podobný chloroderivát dikarbolidu kobaltu H{DKCoCl7] je silnou kyselinou - slouží k extrakci 137 Cs z odpadních roztoků po vyhořelém jaderném palivu. Ostatní sloučeniny boru na bázi boranů posunuté “sendvičové komplexy” Kyslíkaté sloučeniny boru Oxidy B2O3 – polymer, který také vniká opatrnou dehydratací H3BO3 (reakce je vratná) B + O2 B2O3 § amorfní obtížně krystalující látka § má polymerní charakter § sestává z planárních nepravidelně uspořádaných skupin BO3 spojovaných přes atom kyslíku § v krystalické formě jsou základními jednotkami tetraedry BO4 navzájem spojené do řetězců. Kyselina trihydrogenboritá (orthoboritá) - H3BO3 Na2B4O7 + H2SO4 + 5 H2O 4 H3BO3 + Na2SO4 Příprava § má vrstevnatou strukturu § vrstvy jsou tvořeny trojúhelníkovými jednotkami BO3, jež jsou vzájemně propojeny vodíkovými můstky § vzdálenosti ve vrstvách jsou daleko kratší než vzdálenosti mezi vrstvami (  snadná štěpitelnost) H3BO3 + 3 CH3OH B(OCH3)3 + 3 H2O Reakce a alkoholy (trimethylester kyseliny borité – plamen barví zeleně) Kyslíkaté sloučeniny boru Kyslíkaté sloučeniny boru Užití kyseliny orthoborité •3% vodný roztok jako borová voda •pohlcuje neutrony - její roztok v koncentraci do 16 g/kg (t.j. 1,6% roztok) se proto využívá jako chladivo a moderátor v tlakovodních jaderných reaktorech. Čistá kyselina boritá je bílá krystalická látka, která se rozkládá při teplotě 169 °C. Ve vodných roztocích se chová jako mimořádně slabá kyselina o pKa = 9,0 (je tedy slabší kyselinou než voda - titruje se v přítomnosti mannitu. jednosytná kyselina Kyselina hydrogenboritá (metaboritá) – (HBO2)n Øvzniká velmi opatrnou dehydratací kyseliny trihydrogenborité při 180C Øjde o polymerní látku skládající se z trimerních jednotek B3O3(OH)3 , Øpodobá se kyselině trihydrogenborité. Kyslíkaté sloučeniny boru Sloučeniny boru Boritany – jejich struktury mají mnoho společného se strukturou křemičitanů Základní stavební jednotky boritanů: § planární skupina BO3 nebo tetraedr BO4 navzájem propojené přes sdílené kyslíkové atomy do řetězců nebo kruhů § v řadě případů jsou ve struktuře obsaženy obě základní jednotky málo se vyskytuje Kyslíkaté sloučeniny boru Na2B4O710H2O (borax) Na6H4B2O8 Boritany Peroxoboritany § jsou odvozeny od boritanů (např. NaBO34H2O2) § obsahují peroxidickou skupinu –O – O – vázanou na atom boru § mají výrazné oxidační schopnosti a používají se do pracích prášků Kyslíkaté sloučeniny boru Sloučeniny boru se sírou Sulfidy boru B8S16 (vznikají přímou syntézou) Sulfid boritý B2S3 bílá krystalická látka, snadno se rozkládající vodou: B2S3 + 6 H2O 2 H3BO3 + 3 H2S Další sulfidy Halogenidy boru Halogenidy boru BX3 (X = F, Cl, Br, I) BF3 je plyn, BCl3 a BBr3 kapaliny a BI3 je pevná látka B2O3 + 6 HF 2 BF3 + 3 H2O B2O3 + 3 C + 3 Cl2 2 BCl3 + 3 CO Příprava výroba Reakce halogenidů boru 2 H3BO3 + 8 HF 2 HBF4 + 6 H2O vznik a hydrolýza tetrafluoroboritanů hydrolýza BCl3 jiná možnost přípravy HBF4 Adukty halogenidů boru BF3 + NH3 BF3.NH3 BF3 + Et2O BF3.Et2O tvorba aduktů BF3. Et2O – kapalina, umožňující pohodlné skladování BF3 adukt BCl3 s acetonitrilem BCl3.CH3CN Nitrid boru BN § velmi stabilní bílá látka § vyznačuje se extrémní tvrdostí § vzniká při hoření boru v atmosféře dusíku nebo žíháním mnoha sloučenin boru a dusíku (např. borazolu) Sloučeniny boru s vazbou B – C a B – N Karbid boru B4C Organokovové sloučeniny boru Reakcí halogenidů boru s Grignardovým činidlem v bezvodém prostředí vznikají (R = alkyl) BX3 + 3 RMgX BR3 + 3 MgX2 Cyklické sloučeniny boru s vazbou B – N Borazol B3N3H6 Příprava a výroba • pseudoaromatická sloučenina isoelektronická s benzenem • benzenu se podobá svou reaktivitou • totální hydrogenace vede k B3N3H12 Reakce borazolu, např. hydrolýza Sloučeniny boru BN analoga naftalenu a bifenylu Cyklické sloučeniny boru s vazbou B – N Využití sloučenin boru v terapii nádorů -U mozkových nádorů je nejprve do pacientova těla injekčně vpravena borová sloučenina, která má tu specifickou vlastnost, že se koncentruje v nádorové tkáni. -Dobře navržený svazek neutronů o vhodné střední energii je pak správně nasměrován na pacientův tumor. -Díky silné absorpci neutronů v nádorové tkáni nasycené borem dokáže přibližně půlhodinové ozáření postižené části mozku selektivně zničit nádorové buňky. Borová neutronová záchytová terapie - NBCT 10B(n,)7Li